モノサイクル域光パルスのスピン軌道相互作用制御とその応用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360024
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 森田 隆二 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30222350)
• 研究分担者: 戸田 泰則 北海道大学, 大学院工学研究院, 教授 (00313106)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 光量子科学 / 量子エレクトロニクス / 高性能レーザー / モノサイクル光パルス / スピン軌道相互作用 / 位相特異性 / 偏光特異性

研究概要

サイクル域の光渦パルスの発生，ならびに軌道角運動量可変な超mJ高強度・27 fs超短光渦パルス発生に初めて成功し，また超広帯域光渦パルスの高精度軌道角運動量スペクトル準実時間測定を実証した。さらに，光渦を用いたポンプ・プローブ閉ループ時間分解非線型励起分光法を開発し，GaN励起子の軌道角運動量の緩和時間を評価した。その他，スピン角運動量および軌道角運動量を制御した光渦パルスを用いて，ナノサイズの金属螺旋ニードル構造を作製することにも初めて成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Frequency-resolved measurement of the orbital angular momentum spectrum of femtosecond ultra-broadband optical-vortex pulses based on field reconstruction (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Z.Yang, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: New J. Phys. 巻: 16 ページ: 053020-1-15
  • DOI: 10.10088/1367-2630/16/5/053020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast and ultra-broadband optical-vortex pulse generation and characterization (2013)
  • 著者名/発表者名: R.Morita, K.Yamane, Z.Yang, Y.Toda
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 8999, Complex Light and Optical Forces 巻: VIII ページ: 899931-1-7
  • DOI: 10.1117/12.2036919
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stable and flexible ring-shaped optical lattice generation by use of axially-symmetric polarization elements (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Sakamoto, K.Oka, R.Morita, N.Murakami
  • 雑誌名: Opt. Lett. 巻: 38 ページ: 3661-3664
  • DOI: 10.1364/OL.38.003661
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Laguerre-Gaussian mode conversion for orbital angular momentum resolved spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Toda, K.Shigematsu, K.Yamane, R.Morita
  • 雑誌名: Opt. Commun. 巻: 308 ページ: 147-151
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2013.05.050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of the ring-shaped optical lattice using axially-symmetric polarization elements (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Sakamoto, K.Oka, R.Morita, N.Murakami
  • 雑誌名: Technical Digest of Frontiers in Optics 2013 Conference ページ: FW4F.6
  • DOI: 10.1364/FIO.2013.FW4F.6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral structure control of metal nano-needles fabricated by optical vortex laser ablation (2013)
  • 著者名/発表者名: F.Takahashi, K.Toyoda, S.Takizawa, K.Miyamoto, R.Morita, T.Omatsu
  • 雑誌名: Technical Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) ページ: CM3H.6
  • DOI: 10.1364/CLEO_SI.2013.CM3H.6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-real-time Measurement of Orbital Angular Momentum Spectra of Ultra-broadband Optical Vortices from Fork-like Interferograms (2013)
  • 著者名/発表者名: Z.Yang, K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Technical Digest of Quantum Electronics and Laser Science (QELS) Conference ページ: QM3E.2
  • DOI: 10.1364/CLEO_QELS.2013.QM3E.2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amplification of ultrashort optical-vortex pulses with programmable topological-charge control (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Technical Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) ページ: JW2A.04
  • DOI: 10.1364/CLEO_AT.2013.JW2A.04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of orbital angular momentum spectrum of optical vortices based on electric-field reconstruction in spatial domain (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Z.Yang, K.Shigematsu, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Technical Digest of Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO EUROPE/IQEC) 2013 Conference on and International Quantum Electronics Conference ページ: IE-P.34
  • DOI: 10.1109/CLEOE-IQEC.2013.6801799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear conversion between ultrashort radially- and azimuthally-polarized pulses in an anisotropic media (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Technical Digest of Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO EUROPE/IQEC) 2013 Conference on and International Quantum Electronics Conference ページ: IF-P.14
  • DOI: 10.1109/CLEOE-IQEC.2013.6801799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon chiral bump formed by optical vortex laser ablation (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Takizawa, F.Takahashi, K.Toyoda, K.Miyamoto, R.Morita, T.Omatsu
  • 雑誌名: Technical Digest of Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO EUROPE/IQEC) 2013 Conference on and International Quantum Electronics Conference ページ: CM-5.4
  • DOI: 10.1109/CLEOE-IQEC.2013.6801554
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transfer of light helicity in nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Toyoda, F.Takahashi, S.Takizawa, Y.Tokizane, K.Miyamoto, R.Morita, T.Omatsu
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 110 ページ: 143603-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.143603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital angular momentum spectral dynamics of GaN excitons excited by optical vortices (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Shigematsu, Y.Toda, K.Yamane, R.Morita
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 08JL08-1-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.08JL08
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrashort optical-vortex pulse generation in few-cycle regime (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 20 ページ: 18986-18993
  • DOI: 10.1364/OE.20.018986
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using optical vortex to control the chirality of twisted metal nanostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Toyoda, K.Miyamoto, N.Aoki, R.Morita, T.Omatsu
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 12 ページ: 3645-3649
  • DOI: 10.1021/nl301347j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of ultrashort optical vortex pulses using optical parametric amplification (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Technical Digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) ページ: JTu1K.4
  • DOI: 10.1364/CLEO_AT.2012.JTu1K.4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffraction characteristics of optical and polarization vortices generated by an axially symmetric polarizer (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Sakamoto, K.Oka, and R.Morita
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8274 ページ: 827414-1-7
  • DOI: 10.1117/12.910108
  • 査読あり
• [雑誌論文] 位相・偏光特異性を持つ極限光パルスの発生とその応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田隆二,戸田泰則,尾松孝茂
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 32 ページ: 748-754
  • DOI: 10.1380/jssj.32.748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear propagation effects on high-power optical-vortex pulses in anisotropic crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, Y.Toda, R.Morita
  • 雑誌名: Technical Digest of CLEO (Conference on Lasers and Electro-Optics) Europe ページ: CD5.1
  • DOI: 10.1109/CLEOE.2011.5942697
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tilting metal micro-needle fabrication based on optical vortex laser ablation (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Toyoda, K.Miyamoto, M.Okida, R.Morita, T.Omatsu
  • 雑誌名: Technical Digest of CLEO (Conference on Lasers and Electro-Optics) Europe ページ: CM5.5
  • DOI: 10.1109/CLEOE.2011.5943337
  • 査読あり
• [学会発表] 光波の角運動量転写によるシリコン螺旋円錐ナノ結晶 (2014)
  • 著者名/発表者名: 滝澤隼, 高橋冬都, 宮本克彦, 比田井洋史, 森田隆二, 尾松孝茂
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(相模原市)
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] mJ 級高強度トポロジカルチャージ可変超短光渦パルス発生 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山根啓作,本田亜沙美,戸田泰則,森田隆二
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(相模原市)
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] 円筒座標系を基礎とする拡張ストークスパラメータによる軸対称偏光状態の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雅人,山根啓作,塩田康之,岡和彦,戸田泰則,森田隆
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(相模原市)
  • 年月日: 2014-03-17
• [学会発表] Ultrafast and ultra-broadband optical-vortex pulse generation and characterization (2014)
  • 著者名/発表者名: R.Morita, K.Yamane, Z.Yang, Y.Toda
  • 学会等名: 2014 Photonic West
  • 発表場所: Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-02-06
• [学会発表] 超短光渦パルスの発生・制御・特性測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森田 隆二,山根 啓作,戸田 泰則
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第34回年次大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場(北九州市)
  • 年月日: 2014-01-22
• [学会発表] Generation of the ring-shaped optical lattice using axially-symmetric polarization elements (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Sakamoto, K.Oka, R.Morita, N.Murakami
  • 学会等名: The 2013 Frontiers in Optics/Laser Science XXIX (FiO/LS) meeting
  • 発表場所: Hilton Bonnet Creek (Orlando, USA)
  • 年月日: 2013-10-09
• [学会発表] 複合光渦励起による励起子軌道角運動量スペクトルダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 重松恭平,戸田泰則,山根啓作,森田隆二
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学・常三島キャンパス(徳島市)
  • 年月日: 2013-09-28
• [学会発表] 角運動量を持つ光によって形成されたシリコン螺旋構造体 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋冬都, 滝澤隼, 宮本克彦, 森田隆二, 尾松孝茂
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京田辺市)
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] 高強度かつ広帯域な光渦パルスに適応可能な偏光渦変換器の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塩田康之,山根啓作,戸田泰則,森田隆二,覚間誠一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京田辺市)
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] Programmable Ultrashort Optical-vortex Pulse Generation Using Optical Parametric Amplification and 4-f Configuration (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: the 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific-Rim (CLEO-PR) 2013
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Frequency-resolved Orbital Angular Momentum Spectrum Measurement of Ultra-broadband Optical Vortices (2013)
  • 著者名/発表者名: Z.Yang, K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: the 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific-Rim (CLEO-PR) 2013
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Azimuthally-Polarized Modes of Ultrashort Optical Pulses in an Anisotropic Crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: the 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific-Rim (CLEO-PR) 2013
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] Amplification of ultrashort optical-vortex pulses with programmable topological-charge control (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2013
  • 発表場所: San Jose Convention Center (San Jose, USA)
  • 年月日: 2013-06-12
• [学会発表] Quasi-real-time Measurement of Orbital Angular Momentum Spectra of Ultra-broadband Optical Vortices from Fork-like Interferograms (2013)
  • 著者名/発表者名: Z.Yang, K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) 2013
  • 発表場所: San Jose Convention Center (San Jose, USA)
  • 年月日: 2013-06-10
• [学会発表] Measurement of orbital angular momentum spectrum of optical vortices based on electric-field reconstruction in spatial domain (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Z.Yang, K.Shigematsu, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe/International Quantum Electronics Conference
  • 発表場所: International Congress Centre Munich (Munich, Germany)
  • 年月日: 2013-05-15
• [学会発表] Nonlinear Conversion between Ultrashort Radially- and Azimuthally-Polarized Pulses in an Anisotropic Media (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe/International Quantum Electronics Conference
  • 発表場所: International Congress Centre Munich (Munich, Germany)
  • 年月日: 2013-05-12
• [学会発表] 光渦レーザーアブレーションによって形成された螺旋ナノニードル (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋冬都,豊田耕平,滝澤隼,宮本克彦,森田隆二,尾松孝茂
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木市)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] トポロジカルチャージ可変な高強度超短光渦パルス光源の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山根啓作,本田亜沙美,戸田泰則,森田隆二
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木市)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 非線型屈折率効果を伴う物質の異方性を用いた光子のスピン軌道角運動量変換IV (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雅人,山根啓作,戸田泰則,森田隆二
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木市)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Orbital-angular-momentum spectral dynamics of GaN excitons excited by optical vortices (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Shigematsu, Y.Toda, K.Yamane, R.Morita
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2012 (IWN2012)
  • 発表場所: Sapporo Convention Center (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2012-10-18
• [学会発表] Measurement of orbital angular momentum spectrum from fork-like interferogram (2012)
  • 著者名/発表者名: Z.Yang,K.Yamane,Y.Toda,R.Morita
  • 学会等名: The 73rd JSAP Autumn Meeting, JSAP-OSA Symposia
  • 発表場所: Ehime University (Matsuyama, Japan)
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] 非線型屈折率効果を伴う物質の異方性を用いた光子のスピン軌道角運動量変換III (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雅人,山根啓作,戸田泰則,森田隆二
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学(松山市)
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] 高次光渦励起によるGaN 励起子の軌道角運動量分解四光波混合分光 (2012)
  • 著者名/発表者名: 重松恭平,戸田泰則,山根啓作,森田隆二
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学(松山市)
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Few-cycle optical-vortex pulse generation by parametric amplification (2012)
  • 著者名/発表者名: R.Morita
  • 学会等名: France-Japan Joint workshop on Advanced Lasers and Nonlinear Optics
  • 発表場所: Neel Institute, (Grenoble, France)
  • 年月日: 2012-09-03
• [学会発表] Generation of ultrashort optical-vortex pulses in few-cycle regime (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Europhoton Conference 2012
  • 発表場所: Alba Nova University Centre (Stockholm, Sweden)
  • 年月日: 2012-08-28
• [学会発表] Generation of ultrashort optical vortex pulses using optical parametric amplification (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yamane, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) and Quantum Electronics and Laser Science (QELS) Conference
  • 発表場所: San Jose Convention Center (San Jose, USA)
  • 年月日: 2012-05-08
• [学会発表] Nonlinear propagation effects on high-power optical-vortex pulses in anisotropic crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, Y.Toda, R.Morita
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe 2011
  • 発表場所: International Congress Centre Munich (Munich, Germany)
  • 年月日: 2011-05-25